H桥驱动电路(通用)

1、一、 背景       此问题一直想留给做小车的同学去研讨，期望他们在制作过程中能够悟出其中的道理。可无奈等至今日也未见一文半字 : (    却接到了无数的质询：你为何要用分立元件构建 H 桥驱动？为何不选择 L298 集成电路桥？为何要使用 MOS 管？等等，逐个回复太累了，只好整理一下，汇总于此，供参考，有不妥之处望指正，更望能有人提出进一步的分析。二、 分析内容界定       本文只涉及有刷直流电机  H

2、桥驱动部分的电路，不讨论如何控制 H 桥？如何实现 PWM？以及如何实现过流保护等；而且主要讨论构成 H 桥 4 个桥臂对性能的影响。三、H桥原理简述       所谓 H 桥驱动电路是为了直流电机而设计的一种常见电路，它主要实现直流电机的正反向驱动，其典型电路形式如下：        从图中可以看出，其形状类似于字母“H”，而作为负载的直流电机是像“桥”一样架在上面的，所以称之为“ H 桥驱动”。4个开关所在位置就称为“桥臂”。   

3、    从电路中不难看出，假设开关 A、D接通，电机为正向转动，则开关B、C接通时，直流电机将反向转动。从而实现了电机的正反向驱动。       借助这 4 个开关还可以产生电机的另外 2  个工作状态：       A） 刹车 将B 、D开关（或A、C）接通，则电机惯性转动产生的电势将被短路，形成阻碍运动的反电势，形成“刹车”作用。       

4、 B） 惰行 4个开关全部断开，则电机惯性所产生的电势将无法形成电路，从而也就不会产生阻碍运动的反电势，电机将惯性转动较长时间。       以上只是从原理上描述了H 桥驱动，而实际应用中很少用开关构成桥臂，通常使用晶体管，因为控制更为方便，速度寿命都长于有接点的开关（继电器）。       细分下来，晶体管有双极性和MOS管之分，而集成电路只是将它们集成而已，其实质还是这两种晶体管，只是为了设计、使用方便、可靠而做成了一块电路。 双极性晶体管构

5、成的 H 桥： MOS管构成的 H 桥：      以下就分析一下这些电路的性能差异。四、几种典型 H 桥驱动电路分析      分析之前，首先要确定 H 桥要关注那些性能：      A） 效率 所谓驱动效率高，就是要将输入的能量尽量多的输出给负载，而驱动电路本身最好不消耗或少消耗能量，具体到H桥上，也就是4个桥臂在导通时最好没有压降，越小越好。      

6、;B） 安全性 不能同侧桥臂同时导通；      C） 电压 能够承受的驱动电压；      D） 电流 能够通过的驱动电流。      大致如此，仔细考量，指标 B）似乎不是H桥本身的问题，而是控制部分要考虑的。      而后两个指标通过选择合适参数的器件就可以达到，只要不是那些特别大的负载需求，每种器件通常都能选择到。而且

7、，小车应用中所能遇到的电流、电压更是有限。      只有指标 A）是由不同器件的性能所决定的，而且是运行中最应该关注的指标，因为它直接影响了电机驱动的效率。       所以，经分析的重点放在效率上，也就是桥臂的压降上。      为了使分析简单，便于比较，将 H 桥的驱动电流定位在 2A 水平上，而电压在 5 - 12V 之间。      选择三个我所涉

8、及到的器件：      A） 双极性晶体管   D772、D882      B） MOS管   2301、2302      C） 集成电路H桥 L298      D772的压降指标如下：      D882的压降指标如下：    &#

9、160;   2301的压降指标如下：        因为MOS管是以导通电阻来衡量的，需要换算一下，小车的控制电压是4.5V，按上面的导通电阻计算，2A的压降应该是： 2* 0.093 = 0.186V，最大是：2 * 0.13 = 0.26V。       2302的压降指标如下：         同上换算一下，小车的控制电压是4.5V（电池电压），按上

10、面的导通电阻计算，2A的压降应该是： 2* 0.045 = 0.09V，最大是：2 * 0.06 = 0.12V。       L298的压降指标如下：        表中第一行为上桥臂的压降，对应D772、2301，第二行为下桥臂的压降，对应D882、2302，第三行为两者之和。       对比一下不难看出，如果均以2A电流驱动计算，三种驱动自身所消耗的功率如下： 

11、;      D772、D882 ： （0.5+0.5）* 2 = 2 W       2301、2302：    (0.26+0.12) * 2 = 0.76 W         L298：               

12、0;             4.9 * 2 =  9.8 W          如果以驱动一个 4.5V 、2A 的直流电机为例：       电机得到的功率是： 4.5 *2 = 9W；       用 D772、D882 则

13、需要供电 5.5V，效率为： 9/（5.5*2）=  81% ；       用 2301、2302  则需要供电 4.88V， 效率为：9 /（4.88*2）=  92%        用 L298 则需要供电 9.4V ，效率为：           9/（9.4*2） = 48 %  

14、;      结论不言自明了吧！       从这组数据还可以看出三者的散热需求及其外形差异的原因。       同时解释了圆梦小车开始使用 D772、D882 驱动时为何选用 3V 的 130 电机 ，因为小车是4节充电电池供电，只有4.8 5V，H 桥压降 1V，所以只能使用 3V 的电机。       而改用MOS管驱动后，就选用了 4.5V

15、 的 N20 电机，因为 MOS 管只带来了0.4V不到的压降。       而分析L298 的压降你就会知道，如果你的电机需要2A左右的启动电流，那使用5V是根本无法工作的。       有一个同学托我代购了一片 L298，结果回去后说是电机只抖动不转，我问他使用几伏电压，他告诉我 5V : (   我只好请他仔细阅读 L298 的资料。       实际上使用 L298 不

16、只是驱动压降限制了电机的供电电压，它的控制电平要求也使得你几乎无法使用低于 6V 的工作电压，看如下信息：        表中Vs 为电机驱动的供电电压（ L298 分 2 路供电，一路是电机驱动的，就是 H 桥上的，一路是供给逻辑电路的），ViH 是指逻辑控制输入高电平。       此参数的含义是，电机驱动电压必须大于逻辑控制电平 2.5V，如果你的逻辑部分使用 5V 供电，那电机的供电电压至少 7.5V，否则将无法保证正常工作。除非你将逻辑控制电平降

17、低。       很多同学用的都是 L298，建议你们仔细分析一下，看看自己的设计是否符合 L298 手册所规定的工作条件，也许很多现象都能自己解释了H桥驱动电路原理 发表于 2008/9/17 16:27:40 一、H桥驱动电路    图4.12中所示为一个典型的直流电机控制电路。电路得名于“H桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H。4个三极管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠（注意：图4.12及随后的两个图都只是示意图，而不是完整的电路图，其中三极管的驱动电路没有画出来）。如图所示，H桥式电机驱动

18、电路包括4个三极管和一个电机。要使电机运转，必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。 图4.12 H桥驱动电路    要使电机运转，必须使对角线上的一对三极管导通。例如，如图4.13所示，当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机顺时针转动。当三极管Q1和Q4导通时，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机按特定方向转动（电机周围的箭头指示为顺时针方向）。 图4.13 H桥电路驱动电机顺时针转动图4.14所示为另一对三极管Q2和Q3导通的情况，电流将从右至左流过电机。当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机沿另一方向转动（电机周围的箭头表示为逆时针方向）。 图4.14 H桥驱动电机逆时针转动二、使能控制和方向逻辑    驱动电机时，保证H桥上两个同侧的三极管不会同时导通非常重要。如果三极管Q1和Q2同时导通，那么电流就会从正极穿过两个三极管直接回到负极。此时，电路中除了三极管外没有其他任何负载，因此电路上的电流就可能达到最大值（该电流仅受电源性能限制），甚至烧坏三极管。基于上述原因，在实际驱动电路中